熱力學是一門基於能量研究的科學。 熱力學過程在日常生活中，家庭，工業中隨著能量的轉換而發生，例如在空調設備，冰箱，汽車，鍋爐等中。 因此，基於建立能量質量和數量與熱力學性質之間關係的四個基本定律，進行熱力學研究非常重要。
為了輕鬆理解熱力學定律，必須從下面暴露的一些基本概念入手，例如能量，熱量，溫度等。
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熱力學
一個小歷史:
熱力學研究過程中能量的交換和轉化。 隨著玻璃溫度計的發明以及流體密度與溫度之間的關係，伽利略已經在1600年代開始在這一領域進行研究。
隨著工業革命的進行，人們開始進行研究以了解熱量，功和燃料能量之間的關係，並改善蒸汽機的性能，熱力學作為研究科學逐漸興起，始於1697年，托馬斯·薩維里（Thomas Savery）的蒸汽機開始了研究。 。 熱力學的第一定律和第二定律成立於1850年。許多科學家，例如焦耳，開爾文，克勞修斯，玻爾茲曼，卡諾，克拉珀龍，吉布斯，麥克斯韋等人，為“熱力學”這一科學的發展做出了貢獻。
什麼是熱力學？
熱力學是一門研究能量轉換的科學。 自從最初研究如何將熱能轉換為動力以來，在蒸汽機中，希臘語“ thermos”和“ dynamis”被用來命名這一新科學，從而形成了“熱力學”一詞。 參見圖1。
熱力學應用
熱力學的應用領域非常廣泛。 能量轉換發生在從人體到食物消化的多個過程中，再到用於生產產品的眾多工業過程中。 在家庭中，還有將熱力學應用於熨斗，熱水器，空調等的設備。 熱力學原理還廣泛應用於其他領域，例如發電廠，汽車和火箭。 參見圖2。
基礎知識 熱力學
能量（E）
可以通過更改其狀況或狀態而轉換的任何物質或非物質主體或系統的屬性。 它也被定義為移動物質的潛力或能力。 在圖3中，您可以看到一些能源。
能量形式
能源以多種形式出現，例如風能，電能，機械能，核能等。 在熱力學研究中，使用了物體的動能，勢能和內能。 動能（Ec）與速度有關，勢能（Ep）與高度有關，而內部能量（U）與內部分子的移動有關。 參見圖4。
熱量（Q）：
熱能在溫度不同的兩個物體之間的傳遞。 熱量以焦耳，BTU，磅英尺或卡路里為單位。
溫度（T）：
它是構成任何物質對象的原子或分子的動能的量度。 它測量物體內部分子的攪動程度及其熱能。 分子的運動越大，溫度越高。 它以攝氏度，開爾文度，蘭金度或華氏度為單位。 在圖5中，給出了一些溫度範圍之間的等價關係。
熱力學原理
熱力學中能量轉換的研究基於四個定律。 第一和第二定律與能量的質量和數量有關；第二定律與能量的質量和數量有關。 而第三和第四定律與熱力學性質（溫度和熵）有關。 見圖6和7。
熱力學第一定律：
第一部法律確立了能量守恆的原則。 能量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以轉換為另一種形式的能量，但是它始終是守恆的，因此能量總量始終保持恆定。
溜冰坡道是能量守恆定律的一個很好的例子，在該定律中發現能量不是產生或破壞的，而是轉化為另一種能量的。 對於圖8中的溜冰者，當只有重力作用時，我們必須：
- 位置1： 當滑冰者在坡道的頂部時，由於身高而具有內部能量和勢能，但由於他不運動（速度= 0 m / s），因此他的動能為零。
- 位置2： 隨著速滑運動員開始滑下坡道，身高會降低，從而減少內部能量和勢能，但由於速度增加，其動能也隨之增加。 能量轉化為動能。 當溜冰者到達坡道的最低點（位置2）時，他的勢能為零（高度= 0m），而他在坡道下的旅程中獲得了最高速度。
- 位置3： 隨著坡道的上升，溜冰者會失去速度，減少其動能，但隨著身高的增加，其內能和勢能也會增加。
熱力學第二定律：
第二定律與能量轉換和/或傳輸的優化中的能量“質量”有關。 該定律確定，在實際過程中，能源質量趨於下降。 介紹了熱力學性質“熵”的定義。 在第二條法律的陳述中，確定了何時可以發生流程以及何時不能發生流程，即使繼續遵守第一條法律也是如此。 參見圖9。
零法則：
零定律指出，如果兩個系統與第三個系統處於平衡狀態，則它們彼此處於平衡狀態。 例如，對於圖10，如果A與C處於熱平衡，並且C與B處於熱平衡，則A與B處於熱平衡。
T的其他概念動力動力學
系統
宇宙中感興趣或研究的部分。 對於圖11中的一杯咖啡，“系統”是杯子（咖啡）中可以研究熱能傳遞的內容。 見圖12。[4]
環境環境
它是所研究系統外部的宇宙的其餘部分。 在圖12中，咖啡杯被認為是包含咖啡（系統）的“邊界”，而杯子（邊界）之外的是系統的“環境”。
熱力學平衡
系統屬性定義良好且不會隨時間變化的狀態。 當系統出現熱平衡，機械平衡和化學平衡時，它處於“熱力學平衡”狀態。 在平衡狀態下，除非有外部代理對其起作用，否則係統無法修改其狀態。 見圖13。
牆
允許或阻止系統之間交互的實體。 如果該壁允許物質通過，則稱其為可滲透的壁。 絕熱壁是不允許兩個系統之間進行熱傳遞的壁。 當壁允許熱能傳遞時，它稱為透熱壁。 見圖14。
結論
能量是移動物質的能力。 可以通過修改其狀況或狀態來對其進行轉換。
熱力學是一門研究過程中能量交換和轉化的科學。 熱力學中能量轉換的研究基於四個定律。 第一和第二定律與能量的質量和數量有關；第二定律與能量的質量和數量有關。 而第三和第四定律與熱力學性質（溫度和熵）有關。
溫度是對組成一個物體的分子攪動程度的度量，而熱量是兩個處於不同溫度的物體之間的熱能傳遞。
當系統同時處於熱平衡，機械平衡和化學平衡時，存在熱力學平衡。
謝謝注意： 對於本文的發展，我們很榮幸能得到本文的建議。 Ing。Marisol Pino，工業儀表與控制專家.